Zwischen Mai und August 2016 waren Umweltschützer von Greenpeace mit dem Schiff Beluga II unter dem Motto "Wellemachen für Meere ohne Plastikmüll" auf Rhein, Main, Donau, Elbe, Weser u.a. auf Expeditionstour. Auf ihrer Flusstour durch Deutschland klärte die Besatzung des Greenpeace-Aktionsschiffs Besucher über die Gefahren von Plastikmüll auf. Das Beluga-Team nutzte die Reise auch, um aus den Gewässern insgesamt 53 Wasserproben zu entnehmen. Die Ergebnisse teilte Greenpeace am 24. November 2016 mit. Die Laboranalysen zeigen, dass alle Gewässerproben Plastikpartikel enthalten. Die Mehrheit der 0,3 bis fünf Millimeter kleinen Plastikpartikel besteht aus Polyethylen und Polypropylen, die gängigsten Kunststoffe für Verpackungen aller Art. Ebenfalls nachweisbar sind Styropor, Polyamid/Nylon , Polyester, Styrol Acrylnitril Copolymerisat und Acrylnitril Butadien Styrol, das beispielsweise für Elektronikgehäuse oder Spielzeug verwendet wird. Bei den Plastikpartikeln handelt es sich überwiegend um Bruchstücke, Folienfetzen und weitere Fragmente, wie sie beim Zerfall oder Verschleiß größerer Plastikteile entstehen. Aber auch zylindrische Pellets aus der Kunststoff-Vorproduktion finden sich in den Proben – und Mikrokügelchen, wie sie in Kosmetik- und Körperpflegeprodukten eingesetzt werden.
Die Studie präsentiert erste Ergebnisse zu den Verwendungsmengen von Mikropartikeln aus Kunststoff in kosmetischen Produkten und weiteren Anwendungsbereichen. Primäre Mikropartikel aus Kunststoff werden direkt in mikroskopischer Größe hergestellt. Erste Schätzungen hierfür geben einen Einsatz von 500 Tonnen primärer Mikropartikel aus Polyethylen an, die jährlich in Deutschland in kosmetischen Mitteln verwendet werden. Die Einsatzmengen in Wasch- und Desinfektionsmitteln sowie Strahlmitteln in Deutschland schätzen die Autoren auf jeweils unter 100 Tonnen pro Jahr. Für die Einsatzmengen von Mikropartikeln in Kunststoffwachsen erwarten die Autoren dagegen etwa 100.000 Tonnen. Über die Einsatzmengen in den verschiedenen anderen Anwendungen liegen derzeit keine genaueren Angaben vor, so dass die gesamte Einsatzmenge von primären Mikropartikeln in Deutschland nicht beziffert werden kann. Die Zersetzung von Kunststoffmüll ist die wichtigste Quelle für die Entstehung von Mikropartikeln, hierbei spricht man von sekundären Kunststoffartikeln. Wissenschaftliche Schätzungen gehen davon aus, dass circa sechs bis zehn Prozent der weltweiten Kunststoffproduktion ihren Weg in die Weltmeere finden. Weitere Quellen für Mikropartikel aus Kunststoff sind u.a. Chemiefasern, die aus der Kleidung und sonstigen Textilien ausgewaschen werden, Reifenabrieb im Straßenverkehr sowie Verlust von Granulaten bei der Herstellung und Weiterverarbeitung von Kunststoffen. Weitere Arbeiten zu ihrer Quantifizierung sind erforderlich. Veröffentlicht in Texte | 63/2015.
The market relevance and presence of packagings made of biodegradable plastics has increased over the past few years. They are primarily used as alternatives for conventional plastics such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), and polystyrene terephthalate (PET). Veröffentlicht in Texte | 18/2013.
The Federal Environment Agency was commissioned a study to produce a first approximation of the amounts of microplastics used in cosmetic products on the market in Germany and the European Union, conduct research into further areas of application for microplastics and determine their amounts of use, and identify other sources of microplastics and estimate their quantity. The nova-Institute gathered the relevant data by comprehensively analysing available literature and conducting telephone interviews. A distinction was drawn between primary and secondary microplastics. Primary microplastics are directly manufactured as microscopic particles that are used in cosmetics and other applications. Secondary microplastics are fragments of macroscopic plastic materials which arise, for instance, through the fragmentation of plastic bottles or abrasion of tyres and textiles. Initial estimates indicate that every year approximately 500 tonnes of primary microplastics composed of polyethylene are used in cosmetic products in Germany. The authors put the quantities used in detergents, disinfectants and blasting agents in Germany at less than 100 tonnes per year each, whereas for microparticles in synthetic waxes they estimate around 100,000 tonnes per year. More accurate figures regarding amounts of use in the various other applications are not available at present, meaning that the total amount of primary microplastics used in Germany cannot be determined. Veröffentlicht in Texte | 64/2015.
Im Lauf der vergangenen Jahre hat die Marktbedeutung und -präsenz von Verpackungen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen zugenommen. Sie kommen dabei vor allem als Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS) und Polyethylenterephthalat (PET) zum Einsatz. Veröffentlicht in Texte | 52/2012.
Herstellung von hochreinem Polyethylen Glykol (PEG), (DPM (Dipropylen glykol monomethyl ether) subsumiert), PEG-Herstellung durch Polyaddition von Ethylenoxid in meist geringe Mengen Wasser enthaltenden Systemen mit Ethylenoxid als Startmolekül (nach #1); Ausbeute 95% (#2, S. 162), Nutzungsgrad 95%. Eigene Schätzung des Öko-Instituts zum Energiebedarf: nur für Pumpen (10kWh/t output). Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 95% Produkt: Grundstoffe-Chemie
HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2000 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe
HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe
HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2005 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe
HDPE-Polymerisation: In diesem Prozess wird die Polymerisation von Ethylen zu HDPE (High Density PolyEthylen) betrachtet. HDPE - und ebenso LLDPE (Linear Low Density PolyEthylen) - wird in Niederdruckreaktoren nach drei verschiedenen Verfahren hergestellt: 1. "slurry process" (eine Art von Suspensionsverfahren) 2. Lösungsverfahren 3. Gasphaseverfahren Beim "slurry process" wird Ethylen mit einem Katalysator (Ziegler), Lösungsmittel und weiteren Hilfs- und Zusatzstoffen in einem Reaktor polymerisiert. Es entsteht ein Gemisch aus Polymer (HDPE), nicht umgesetztem Monomer, Lösungsmittel und Reststoffen. Monomer und Lösungsmittel werden wiederverwendet. Das Polymer wird getrocknet und zu Granulat weiterverarbeitet. Das Verfahren in Lösung ist ähnlich dem "slurry process", die Reaktion findet aber bei höherer Temperatur statt. Im Unterschied dazu arbeitet das Gasphaseverfahren ohne den Zusatz eines Lösungsmittels. Prozeßsituierung Bei den Polyethylen(PE)-Kunststoffen kann man drei verschiedenen Polymere unterscheiden: HDPE (High Density PolyEthylen), LLDPE (Linear Low Density PolyEhylen) und LDPE (Low Density PolyEthylen). Die weltweiten Produktionskapazitäten der verschiedenen PE-Kunststoffe in 1000 t für das Jahr 1990 können der nachfolgenden Tabelle 1 entnommen werden (Ullmann 1992). In Westeuropa wurden nach (APME 1994) 1994 3,614 Mio. t HDPE, 1,267 Mio. t LLDPE und 4,856 Mio. t LDPE produziert (Gesamtsumme: 9,737 Mio. t PE). Wegen der schlechten Datenlage und da weiterhin LLDPE in geringeren Mengen hergestellt wird, wurden für dieses Polymer keine eigenen Kennziffern generiert. Aufgrund der gleichen Herstellungsverfahren wie bei HDPE können für LLDPE näherungsweise die hier vorliegenden Kennziffern verwendet werden. Für die Bilanzierung der HDPE-Herstellung wurden die Literaturquellen (#2, Tellus 1992,#1, PWMI 1993, #3) und (Ullmann 1992) untersucht. Die Daten der Studien #2 (Energiewerte) und (Tellus 1992) (Abwasserwerte) beziehen sich auf die Herstellung von HDPE in den USA und repräsentieren den Stand der Technik der 80er Jahre. Die Studie #1 (Massenbilanz) betrachtet die Produktion in Westeuropa Ende der 80er Jahre. Tabelle 1 PE-Produktionskapazitäten in 1000 t für das Jahr 1990. Region LDPE LLDPE HDPE gesamt PE Nordamerika 3957 3746 3425 11128 Westeuropa 5363 1278 2693 9334 Osteuropa 2034 5 1168 3207 Japan 1388 467 1025 2880 Sonstige 2856 1258 3119 7233 Summe 15598 6754 11430 33782 Allokation: keine Genese der Daten: - Massenbilanz: Nach #1 werden für die HDPE-Herstellung pro Tonne Produkt 1015 kg Ethylen eingesetzt. Dieser Wert zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Angaben (1020 kg) der Tellus-Studie (Tellus 1992). Für die Polymerisationsreaktion werden ein spezieller Olefinzusatz (5 kg) sowie weitere Hilfsstoffe und Zusätze (9 kg) benötigt (#1). Da die aufgeführten Stoffe in Quelle nicht weiter spezifiziert werden, können nur nachfolgende Annahmen gemacht werden: · unter spezieller Olefinzusatz sind Stoffe zur Regulierung der Kettenlänge des Polymers zu verstehen (z. B. Wasserstoff zum Abbruch der Polymerisation) · unter die verbleibenden 9 kg fallen Stoffe wie Katalysator und Lösungsmittel, diese werden im Gegensatz zu dem Olefinzusatz nicht in das Produkt eingebaut und können zurückgewonnen werden. An festen Abfällen entsteht bei der Polymerisation eine Menge von 0,1 kg. Da in der Tellus-Studie keinerlei quantitative Angaben zu Hilfsstoffen oder Zusätzen gemacht werden, werden für die Genese der Massenbilanz die Werte von BUWAL verwendet. Energiebedarf: Nach #2 wird für die Herstellung einer Tonne HDPE nach dem slurry-Verfahren 1685,1 btu/lb (359,7 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) und nach dem Lösungsverfahren 1858,0 btu/lb (479,6 btu/lb elektrische Energie, 1378,4 btu/lb Energiegehalt des benötigten Dampfes) Energie benötigt (für das Gasphaseverfahren liegen dort keine Daten vor). Legt man einen Anteilsmix von 4,625 zu 1 [gemäß 74 % slurry-Verfahren und 10 % Lösungsverfahren nach (Tellus 1992)] zugrunde, errechnet sich daraus für die HDPE-Polymerisation ein Energiebedarf von ca. 4,0 GJ/t (0,9 GJ/t elektrische Energie, 3,1 GJ/t Energiegehalt des benötigten Dampfes). Im Vergleich dazu werden bei (Tellus 1992) wesentlich höhere Angaben gemacht. Die Prozeßenergie zur Herstellung einer Tonne HDPE (15,4 GJ) setzt sich dort aus der elektrischen Energie (8,7 GJ) und dem Energiegehalt des benötigten Dampfes (6,6 GJ) zusammen. Bei (PWMI 1993) wird der Polymerisationsprozeß von Ethylen zu HDPE nicht separat bilanziert. Aus der Differenz der Daten („Total fuels“) aus der HDPE-Herstellung (gesamte Prozeßkette) und der Ethylen-Herstellung kann jedoch ein Energiebedarf für die Polymerisation in einer Größenordnung von 8 GJ grob abgeschätzt werden. Da in #2 die Energiewerte am besten nachvollzogen werden können, werden diese Angaben für GEMIS verwendet. Prozessbedingte Luftemissionen: Bei der HDPE-Herstellung können unter anderem beim Trocknen des Polymers, der Extrusion und beim Recycling des Monomers (Ethylen) flüchtige organische Verbindungen (VOC) entweichen. In #3 werden die prozessbedingten VOC-Emissionen bei der HDPE-Herstellung (Bezug: Westeuropa) abgeschätzt. Daraus ergibt sich ein Wert von ca. 6 kg VOC/t HDPE. Abwasser: (BUWAL 1991) kann entnommen werden, daß für die gesamte Prozeßkette der Herstellung von HDPE der BSB5- und der CSB-Wert gleich null sind. Somit ergeben sich auch für den hier betrachteten Teilschritt der Polymerisation Werte von jeweils 0. Für die Abwasserkennziffern BSB5 und CSB stehen bei (Tellus 1992) nur Angaben zu Rohabwasserwerten zur Verfügung. Als Werte nach Abwasserreinigungsmaßnahmen werden dort Titan, 0,0409 lbs/ton HDPE (umgerechnet 0,020 kg/t), Aluminium 0,0281 lbs/ton (umgerechnet 0,014 kg/t) und Phenol, 0,000004 lbs/ton (umgerechnet 0,000002 kg/t) aufgeführt. Die Angaben bei Tellus beziehen sich auf einen Verfahrensmix von 90 % Lösungs- und 10 % Gasphaseverfahren, wobei letzterem Verfahren keine Abwasseremissionen zugerechnet wurden. Auslastung: 5000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Grundstoffe-Chemie gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 20a Leistung: 1t/h Nutzungsgrad: 98,5% Produkt: Kunststoffe
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